内燃机特性与匹配
内燃机原理 各章重点内容
《内燃机原理》各章提纲及重点内容第一章绪论1、内燃机发展。
前期：1673~1680年荷兰物理学家柯.惠更斯(Christian Huygens)首先提出了真空活塞式火药燃烧的高温燃气在气缸中冷却后形成真空而带动活塞作功，在人类历史上第一次把燃气与活塞联系起来，实现了“内燃”1690年法国医生德.巴本(Deni Papin)，采用相当于真空原理用水蒸气作功质的活塞式发动机，成为近代蒸汽机的直接祖先。
1705~1711年英国人纽卡姆(New Comen)制成了矿井用直立气缸密封式活塞、缸|内水冷却的真空式蒸汽机，热效率不到1%。
| 1776年英国人瓦特(Watt) 改良了纽卡姆蒸汽机，发明了水汽分离冷凝器，大大完善了蒸汽机，热效率达3%，开始了蒸汽时代，掀起了第一次工业革命浪潮。
1794年英国人罗伯特.斯却里塔(RobertSteet)提出了燃用松节油或柏油的内燃机原理，首次提出燃料与空气混合的原理。
1799年法国化学家莱蓬(Lebon) 建议采用照明煤气作燃料并用电火花点火。
| 1820年英国人塞歇尔(W . Cecil) 用氢煤气作燃料,使内燃机以60+/ min转动起来。
1833年英国人莱特(WL. Weight)提出“爆发” 发动机，摆脱了真空发动机的影响，直接利用燃烧压力推动活塞作功。
1857年意大利恩.巴尔桑奇(Engenio Bersanti)和马特依西(Matteucci) 制成自由活塞发动机，第一次实现了爆发作功。
1860年法国人兰诺(Lenoir) 研制成功第一台实用的二冲程、无压缩、电火花点火的煤气机。
1862年法国工程师包.德.罗沙(Beau de Rochas)第一次提出了近代发动机等容燃烧的四冲程循环原理。
诞生：1876年Nikolaus August Otto发明了世界第一台四冲程煤气机。
1886年Benz和Daimlet按Otto的四冲程原理，造出第一台车用汽油机。
1886年Benz和Daimler将发明的汽油机用在车.上，发明了第一部汽车。
发动机特性
项目六发动机特性学习目标：重点掌握发动机的负荷特性、速度特性、万有特性及柴油机调速特性的定义。
理解各个特性曲线的变化趋势及原因；各个曲线的正式成立和位置对发动机的性能有何影响；柴油机安装调速器的原因。
了解柴油机和汽油机特性曲线的异同点及形成原因；万有特性的应用；两级式调速器和全程式调速器对柴油机性能的影响及各自的特点。
本项目是本课程的重点之一。
发动机经常在较大的负荷和转速范围内工作，仅了解某点或几点的性能指标和参数，往往是不够的，而需要了解在整个工作范围内的变化规律和发展趋势。
任务一发动机工况、性能指标与工作过程参数的关系一、工况发动机的运行情况，简称工况。
工况以功率Pe和转速n来表示。
根据发动机的用途，其工况可分为以下几类：（1）恒速工况 n=常数，如发电机组中的发动机，其转速基本保挂持不变，功率Pe随负荷而变化，称为线工况。
（2）螺旋桨工况作为船舶主机的柴油机按推进特性工作，柴油机功率与转速的立主成正比Pe=kn3，k为比例常数，见图中的曲线2。
（3）面工况汽车在运输作业时，发动机的功率Pe和转速n都在很大的范围内变化。
如图中阴影所示，曲线3中发动机在各种转速下所能发出的最大功率。
（4）点工况内燃机的转速n及功率P e均近似不变，如内燃机作为排灌动力。
二、发动机特性发动机性指标随着调整情况及运转工况变化而变化的关系称为发动特性，特性用曲线表示称为特性曲线。
其中随着调整情况而变化又称为调整特性。
发动机的性能特性包括负荷特性、速度特性、万有特性、空转特性等，速度特性又包括外特性和部分速度特性。
三、发动机性能指标与工作过程参数的关系发动机的有效指标P me、T tq、Pe、be、B与工作过程参数的关系如下列诸式：平均有效压力有效功率有效转矩燃油消耗率小时耗油量要了解上述指标随工况变化的情况，就必须分析ηv、ηi、ηm、α随工况的变化。
四、发动机功率标定根据国家标准CB1105.1─1987《内燃机台架性能试验方法》的规定，内燃机标定功率依不同用途分类如下：（1）15min功率适用于汽车、军用车辆、摩托车的发动机功率的标定。
柴油机分类及特性介绍
预燃室特点
• 与直喷室相比: • 1、爆发压力低。 • 2、对转速及燃料不很敏感，对燃油系统要求较低，喷油嘴的寿
命长。 • 3、排气污染少。 • 4、散热损失大，燃油消耗率高，冷起动困难，经济性差，油耗
比直喷高5-15%。 • 5、燃烧室的热负荷高。
柴油机也具有以下缺点：
• (1)存在机身振动、轴系扭转振动和噪声。 (2)某些部件的工作条件恶劣，承受高温、 高压并具有冲击性负荷。
内燃机与外燃机（蒸汽机）的对比
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蒸汽机
内燃机
3、内燃机的分类
3. 内燃机的分类
（1）按活塞运动方式
往复活塞式 旋转活塞式
3. 内燃机的分类
（1）按活塞运动方式 （2）按燃料种类
2、柴油机的基本知识
2．热机
• 热机的基本工作原理是：燃料在一个特设的 装置中燃烧，将化学能转变为热能以加热工 质，然后把工质的热能转变为机械能，完成 两。次能量的转换。根据能量转换方式的不同， 热机又可分为外燃机和内燃机两大类。
• 热机凡是将燃料燃烧而放出的热能转换为机 械能的机器都叫热力发动机，简称热机。
车用，区分符号A表示变型产品。 （2）柴油机
ZH185N：单缸、卧式、凝汽冷却、四冲程，缸径85mm，直喷柴油机. YZ6102Q：YZ为扬州柴油机厂代号，六缸，直列，四冲程，缸径102mm，水冷，
车用；
10V120FQ：10缸，V型，四冲程，缸径120mm，风冷，车用； 12VE230ZCz：12缸，V型，二冲程，缸径230mm，水冷，增压，船用主机、左机
自强不息 厚德载物
农装公司柴油机研究室
工程概论_内燃机功能剖析
《工程概论》内燃机功能剖析班级:学号：姓名：年月日1、内燃机概述1.1 内燃机的发展概况◆内燃机的先驱1794年，英国的斯垂特首次提出燃料与空气混合成可燃混合气的原理。
1801年，法国化学家菲利浦·勒本采用煤干馏得到的煤气和氢气做燃料，制成一台活塞发动机，从此内燃机迈出开拓性的一步。
1824年，法国的萨迪•卡诺提出了热机的循环理论。
1860年，法国技师雷诺尔研制了第一台二冲程实用化煤气机，从此开始了内燃机商品化生产。
1862年，法国铁路工程师罗彻斯，发表了等容燃烧的四冲程发动机理论，即进气、压缩、做功、排气，并指出压缩混合气是提高热效率的重要措施。
1862年1月16日他的发明获得法国专利，他并没有造出实物来说明他的理论。
◆奥托内燃机德国工程师尼古拉斯·奥托，22岁时弃商，开始从事煤气发动机的试验工作。
1866年，奥托研制出具有划时代意义的立式活塞式四冲程奥托内燃机。
翌年，此物荣获巴黎博览会金质奖章。
1876年，奥托对四冲程内燃机又作了改进，试制出第一台实用活塞式四冲程内燃机。
1877年8月4日取得专利，并成批投入生产。
奥托还提出了内燃机的工作原理，即“奥托循环”，他利用活塞的四个冲程，把进气、压缩、做功及排气融为一体，使内燃机的结构紧凑和简化，从而推动了小型内燃机的实用化。
奥托创建的内燃机工作原理，一直在现代汽车发动机上沿用至今。
不过，奥托的内燃机以煤气为燃料，体积较大，重量约1t，还不能用在汽车上。
◆戴姆勒的小型内燃机戴姆勒长期担任奥托创建的道依茨发动机公司技术工作。
戴姆勒对汽油机更感兴趣，并认为奥托内燃机虽质量大、转速低，但只要稍加改进就可装在汽车上使用。
奥托看到煤气机销路好，并认为内燃机在汽车上应用没有前途，不同意戴姆勒对他的内燃机进行改进。
1883年8月15日，戴姆勒和迈巴赫在奥托四冲程发动机的基础上，通过改进开发出了第一台卧式汽油机。
他们再接再厉，把发动机的体积尽可能缩小，终于制成了世界上第一台轻便小巧的化油器式、电点火的小型汽油机，转速达到了当时创记录的750r/min。
第三章内燃机的主要技术指标
4）升功率
PL
Pe p n We me Vs i 30 Vs i t
PL pme n
汽油机习惯上用升功率 PL 表示其强化程度 现代汽油机 PL≥50kW/L 如：Santana2000 PL=74kW/1.8L Passat1.8 PL=91kW/1.8L Passat1.8T PL=110kW/1.8L 柴油机习惯上用平均有效压力 pme 表示其强化 程度，pme=0.6~3.0 MPa 柴油机 pme 较高， 但转速相对较低， PL 不如 故 汽油机高 平均有效压力、升功率，各发动机能类比，是 衡量发动机动力性和强化程度的一个很重要 的参数。
①增加快速加载烟度测试（ELR）。 ②适用于额定功率不大于85kW的柴油机。 ③适用于单缸工作容积小于0.7L、额定转速大于3000r/min 的柴油机。 ④ 对于燃气发动机或安装了先进的排气后处理装置的柴油机
内燃机排放—欧洲指标 排放标准 欧Ⅰ 欧Ⅱ 欧Ⅲ 欧Ⅳ 欧Ⅴ 执行年份 1992 1996 2000 2005 2008 NOx(g/kW· h) 9 7 5 3.5 2 PM(g/kW· h) 0.4/0.61 0.15 0.1 0.02 0.02
We=（2n/60）× Ttq
Pe=（n/30）× Ttq ×10 Ttq 为有效扭矩。
N· m/s
kW
有效功率可以利用测功器测定，水力测功器可先测出有 效扭矩Ttq ，再用上式计算出有效功率。
各种用途内燃机的运转特点
3.1.2 标定功率 内燃机出厂时铭牌上写明厂方标定的有效功率。 ① 15分钟功率：内燃机允许连续运转15分钟的最大有效功 率。汽车爬坡功率和军用车辆及快艇的追击功率。 ② 1小时功率：内燃机允许连续运转一小时的最大有效功率 。船用主机，工程机械和机动车的最大使用功率。 ③ 12小时功率：内燃机允许连续运转12小时的最大有效功 率。可作为工程机械，机车和拖拉机正常使用功率。 ④ 持续功率：内燃机允许长期运转的最大有效功率。 可作为长期连续运转的远洋船舶，发电站，和农林排灌内 燃机的持续使用功率。
内燃机名词解释
平均有效压力：每循环的功除以每循环的气缸工作容积，表示的是内燃机做功能力的程度，不是气缸中实际的压力值。
平均有效压力：是相当于内燃机在一个循环中每个单位气缸工作容积在内燃机曲轴上所输出的有效功。
升功率：单位气缸工作容积内燃机所具有的标定功率.
内燃机扫气：在气门重叠期间进气管与排气管之间的压力差可使新鲜充量进入气缸把缸内的燃气驱除出去
泵气功：四冲程内燃机在进气行程时活塞由上止点向下止点运动，缸内气体压力对活塞的作用力与活塞的运动方向一致，气体对活塞做正功，排气行程中活塞由下止点向上止点运动，气体的压力抵抗活塞的运动，气体对活塞做负功，在这两个行程中缸内气体对活塞做功的代数和称泵气功
内燃机增压：增加进入内燃机气缸之前的空气压力，即增加进气密度，以增加进入气缸的空气质量，提高内燃机的升功率，因而也提高了整机功率。
或利用增压器将空气或可燃混合气进行预压缩再送入气缸的过程。
增压度：增压后与增压前的内燃机功率比值，即增压后与增压前标定工况下平均有效压力之比值。
表示增压后内燃机功率增加程度
速度特性：内燃机在循环供油量保持不变的情况下，其主要性能参数随转速变化的规律。
充气效率:进气行程结束时实际进入气缸的新鲜空气质量与进气状态下能充满气缸工作容积的新鲜空气质量之比。
负荷特性：内燃机转速保持不变的情况下，改变内燃机负荷时，其主要性能参数随负荷变化而变化的规律。
柴油机的特性
柴油机的特性一．柴油机工况的变化柴油机由于用途和使用条件不同，它在实际运转中的工作状况的变化可以分成以下三类：1．带动发电机的柴油机：其工作特点是要求转速恒定，以保持供电电压和频率稳定。
在这个恒定的转速下，功率可在零到最大值之间变化，其大小取决于用电情况。
2．带动螺旋桨的柴油机：柴油机转速与螺旋桨转速一致（或是倍乘关系），稳定运转时，柴油机发出功率与螺旋桨吸收功率相等。
因此，柴油机的工况变化规律取决于螺旋桨特性。
3．车用柴油机：柴油机的转速和扭矩之间没有一定的关系。
转速取决于车速，扭矩取决于装载量、路面阻力。
二．柴油机特性的分类我们已知表征柴油机性能的主要指标有：平均有效压力、有效扭矩、有效功率、有效耗油率、平均指示压力等。
运转中的这些柴油机性能指标是随着柴油机运转工况的不同而变化的。
柴油机的主要性能指标和工作参数（如排气温度、最高爆发压力、增压压力等）随运转工况变化的规律称为柴油机的特性。
如果把这种变化规律在坐标轴上用曲线的形式表示出来，这种曲线即称为柴油机的特性曲线。
有了特性曲线，掌握了柴油机的特性，就可以合理利用柴油机的一系列特性，知道我们在使用柴油机时如何提高其可靠性、使用寿命，以及如何节油。
如在各种使用条件下决定其极限允许使用范围，选择其最佳工作点，检查其工作质量（性能指标、工作参数）是否良好等。
对于特定的柴油机在运转中可能使柴油机有效功率发生变化的参数只有平均有效压力和转速，它们是两个可以互相独立的基本参数。
由此，根据平均有效压力和转速的变化情况可将柴油机的特性进行分类。
1．速度特性：当平均有效压力不变（测定时是将油量调节机构固定，平均有效压力在实际上是略有变化的），柴油机的性能参数随转速变化的关系。
2．负荷特性：当转速不变，定于某一设定值时，柴油机的性能参数随负荷（平均有效压力）变化的关系。
柴油机的负荷通常是指柴油机阻力矩大小，由于平均有效压力正比于阻力矩，常用平均有效压力来表示负荷。
清华大学_汽车发动机原理_第1章_性能指标与影响因素
点燃式和压燃式内燃机工作过程、燃烧理论、性能分析及参数调控Email: sjshuai@Phone: 010-********-14帅石金清华大学汽车工程系汽车发动机原理Automotive Engine FundamentalsTsinghua University第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力1.动力的获取和输出；能量的消耗和利用2.燃料能量转换的“质”环节；加入整机能量总量的“量”环节Tsinghua University1.工质对活塞所作功及示功图2.发动机的性能指标3.影响动力经济性指标的环节与因素第一部分：动力输出与能量利用第1章性能指标与影响因素第2章燃料、工质与热化学第3章工作循环与能量利用第4章换气过程与进气充量第5章运行特性与整车匹配第二部分：燃烧与排放第6章燃烧的基础知识第7章柴油机混合气形成与燃烧第8章汽油机混合气形成与燃烧第9章有害排放物的生成与控制第10章新燃烧方式与替代燃料动力p-ϕ图示功图（四冲程）p-V 图EIIETDC TDC TDC BDC BDCw/o combustion180360540720︒CA p p zp 0IVCEVO EVCIVOTDC(上止点)BDC(下止点)p p zp 0V sV cVpAd sTDC -Top Dead Center BDC -Bottom Dead Center IVO -Intake Valve Open IVC -Intake Valve Close EVO -Exhaust Valve Open EVC -Exhaust Valve Close示功图Indicator Diagram压力图/展开示功图ϕ要求会识图和画图！正负功确定原则：⏹压力方向与活塞运动方向一致，工质对活塞作正功⏹压力方向与活塞运动方向相反，工质对活塞作负功工质对活塞所作功Compression 压缩过程W < 0 Power 作功过程W > 0Intake 进气过程W > 0Exhaust排气过程W < 0W p d V=循环功：⏹动力过程功：压缩与燃烧膨胀冲程所作功之代数和⏹泵气过程功：进气与排气冲程所作功之代数和(总)指示功＝动力过程功＋理论泵气功(不考虑泵气损失)净指示功＝动力过程功＋泵气过程功(考虑泵气损失)进气压力p d <大气压力p 0排气压力p e >大气压力p 0与泵气有关的功：⏹理论泵气功忽略流动阻力, 进、排气冲程压力所作功之代数和。
柴油机特性曲线..
机电工程学院交通专升本1304004041张明柴油机在不同的工况下，各主要指标是变化的。
要找出它们的变化规律，必须在发动机测功器上进行试验，测出在不同工况下的数据，并绘制成曲线表示其变化关系。
这些曲线称为柴油机的特性曲线。
在衡量柴油机的动力性和经济性时，常用的特性曲线有负荷特性曲线、速度特性曲线和调速特性曲线等。
负荷特性。
当柴油机的转速保持不变时，其他性能参数随负荷变化的关系称为负荷特性。
测定柴油机的负荷特性时，是在保持某一转速情况下，通过改变喷油量的方法来改变柴油机的负荷（如图1-13所示）。
柴油机负荷越大，每小时的供油量G，也越大，燃烧放出的热量增多，排气温度Tr升高。
耗油率ge则反映燃油燃烧的完善程度。
耗油率ge曲线上点1是最低值，称为最低耗油点。
如耗油率曲线的变化较平坦，表示在负荷变化较广的范围内，能保证有较好的经济性，这对于负荷变化较大的施工机械来说是十分有利的。
点2为冒烟界限点，此时燃烧恶化，排气中出现黑烟，这不仅使耗油率增加，而且还由于柴油机过热，容易引起故障，影响柴油机的寿命。
速度特性。
柴油机试验时，如将柴油机喷油泵的供油拉杆（油门）固定在某一位置上，并调节作用在飞轮上的阻力扭矩（即发动机的负荷），发动机的转速必将发生变化。
这样可将测得的数据绘制成发动机的有效扭矩Me.有效功率N。
和耗油率g。
随转速n而变化的关系曲线，称为柴油机的速度特性曲线。
如果供油拉杆是固定在最大供油量（额定供油量）位置上，测得的有效扭矩与转速的关系曲线称为全负荷速度特性曲线，亦称外特性曲线。
如供油拉杆固定在小于额定供油量的各个位置上，所得一组曲线称为部分负荷速度特性曲线。
对于分析柴油的性能有重要意义的是外特性曲线（如图1-14所示）。
在图1-14中横坐标上的nmin为最低稳定转速，nmin为最高转速，n1为最大扭矩Me,max的转速，nH为额定扭矩MH时的转速，，n2为最大功率Ne，max时的转速。
在有调速器的柴油机上它的转速在柴油机尚未达到最大功率Nmax 以前就受到限制。
内燃机循环及性能评价指标
Wi p mi Vs p mi
D 2
4
S 103
pmi是衡量实际循环动力性能的一个重要指 标 pmi（MPa） 汽油机 柴油机 0.8-1.5 0.7-1.1
以一个假想的、大 小不变的压力作用 在活塞上，使活塞 移动一个行程，其 所做的功等于循环 功，则此假想的压 力即为平均指示压 力 pmi
e
、 bi 、be的大致范围
bi be [g/(kW· h )] [g/(kW· h)] 205-320 170-205 270-325 190-285
η
t
η
i
η
e
汽油机 0.54-0.58 0.3-0.4 0.25-0.3 柴油机 0.64-0.67 0.4-0.5 0.3-0.45
升功率PL、比质量me和强化系数pmeCm的大致范围 PL me pmeCm m／s ） （kW／L） （kg／kW） （MPa· 汽油机 汽车柴油机 30-70 18-30 1.1-4.0 2.5-9.0 8-17 6-11
第三节 内燃机实际循环及其评价指标
一、实际循环 实际循环通常用气缸内的工质压力p随气 缸工作容积V（或曲轴转角φ ）而变化的 图形表示，即示功图p－V图，p－φ 图称 为展开示功图。p－V图上曲线所包围的 面积（积分）表示工质完成一个实际循 环所做的有用功。 发动机实际循环是由进气、压缩、燃烧、 膨胀和排气五个过程（四个行程）所组 成。
指示功率Pi
发动机单位时间所做的指示功。
p m iVs in n 2 Pi Wi i 60 30
指示热效率η i和指示燃料消耗率bi
指示热效率η i是实际循环指示功与所消耗的 燃料热量之比值 。